[发明专利]基于GPS的车辆中传感器校准算法

说明书

技术领域

本发明通常涉及一种用于校准诸如惯性传感器(即偏航率( yaw-rate)传感器)的转首角速度传感器(heading rate sensor)的 系统和方法，并且更特别地，涉及一种用于消除来自转首角速度传感器 的传感器偏差和比例因子(scale factor)误差的系统和方法，以使用 传感器信号提供精确的车辆航向。

背景技术

GPRS信号或者其他全球导航卫星系统(GNSS)信号可以提供准确的 定位和导航。然而，例如，在密林覆盖的地区和城市峡谷中，GPS接收 器遭受到与天空可见度相关的限制。而且，在这些地区中GPS信号会遭 受相关的多路径误差或者互相关误差。因为现有的高度敏感且快速的重 新获取GPS技术，在天空可见度暂时得到短时间(例如10-20秒)的改 善时，即使在不太适宜的环境中，也可以得到精确的GPS信号。因此， GPS技术的连续性归结为在GPS的可用时间窗之间的GPS中断过程( outage)中维持定位精度。

诸如偏航率传感器和加速度计之类的汽车级(automotive-grade) 惯性传感器具有导致传感器漂移的高度可变偏差和比例特性，该传感器 漂移通常使得它们在没有适当的误差校正技术的情况下不适于导航和 航向确定功能。例如，对于偏航率传感器偏差而言，某些汽车级偏航率 传感器允许高达2度/秒的变化。如果这种变化没有被校正，并且在两分 钟的时间内被允许，那么在零秒处具有0度/秒偏差而开始的偏航率传感 器在120秒后会达到2度/秒的偏差。如果为了简单起见假设偏差是线性 增长的，则通过累积(integrate)没有被校准的偏航率传感器信号而 导出的航向变化将指示仅由偏差变化产生的120°的航向变化。

惯性传感器可以与GPS接收器结合使用以提供相当精确的车辆航向 ，并且即使在GPS信号不可用时，如果诸如车辆轮转速的距离度量可用 ，也能够定位。然而，汽车级惯性传感器通常不能提供与GPS信号相同 级别的精度。当GPS信号可用时，GPS/惯性传感器集成系统可以使用GPS 信号校准惯性传感器并且维持车辆航向和定位精度，并且在GPS信号不 可用时使用经过校准的惯性传感器维持航向和位置解算(position solution)直到GPS信号再次可用。

已知的偏航率传感器校准算法通常作为两步过程来逼近偏差和比 例校准，并且要求执行特殊的车辆操纵用于校准。例如，传感器偏差校 准可能要求在已知时间段内沿直线驾驶车辆或者使车辆静止，以便可以 作为传感器偏差误差的结果直接估计累积的偏航航向误差。对于比例校 准而言，可能要求驾驶车辆通过受控弯道以提供比例校准。

发明内容

根据本发明的教导，公开了一种使用GPS信号校准诸如偏航率传感 器的转首角速度传感器的偏差和比例因子的系统和方法。该系统接收轮 转速或者旋转信号、车辆里程表读数、GPS信号和偏航率信号。该系统 包括基于轮转速信号和GPS信号确定是否存在车轮滑转(wheel slip) 的车轮滑转检测处理器。该系统还包括估计车辆加速度的基于车轮的加 速度处理器。该系统还包括基于轮转速确定车辆航向的差动测距( differential odometry)处理器。该系统还包括使用轮转速和估计的 车辆加速度确定GPS信号是否有效的GPS参考数据验证处理器。然后使用 有效的GPS信号校准偏航率传感器信号，该偏航率传感器信号可以用于 车辆航向的目的。

结合附图，根据下面的描述和随附的权利要求书，本发明的其他特 征将变得显而易见。

附图说明

图1是横轴为时间、纵轴为航向的曲线图，其中包括示出由GPS信号 、未经过校准的偏航率传感器信号、经过偏差校准的偏航率传感器信号 和经过偏差和比例校准的偏航率传感器信号所提供的车辆航向的曲线；

图2为根据本发明实施例的车辆的平面图，其包括用于提供惯性传 感器偏差和比例校准的系统；以及

图3为图2中示出的偏差和比例校准系统的方框图。

具体实施方式

本发明实施例的下述讨论针对一种用于提供惯性传感器偏差和比 例校准以提供精确的车辆航向读数的系统和方法，该讨论本质上仅仅是 示例性的，并且决不打算限制本发明或者其应用或用途。